Щеточно-коллекторный узел электрической машины Советский патент 1982 года по МПК H01R39/00 

;5() ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

МАШИНЫ

Изобретение относится к электротехнике и касается щеточно-коллекторных узлов электрических машин, например тяговых генераторов тепловозов, работающих в тяжелых условиях по коммутации, при значительныхвибрациях и при высоких плотностях тока.

Известен щеточно-коллекторный узел, содержащий коллектор, щеткодержатели разной полярности с размещенными в них одинаковыми сеЕ ийными щетками 1 .

На этих коллекторах устанавливаются щетки с преимущественным размером пор 0,7-3,5 мкм (крупнопористые) или с преимущественным размером пор 0,1-0,7 мкм (мелкопористые).

Известен также щеточный узел электрической машины, содержащий укрепленные на траверсе щеткодержатели различной полярности 2.

Обладая рядом существенных преимуществ, заключакндимися в улучшении эксплуатационных характеристик за счет регулирования электрической и механической составляющих износа щеток в необходимом для работы узла направлении, известные щеточно-коллекторные узлы имеюти серьезные недостатки при. работе, например, на

тяговьк электрических генераторах тепловоз.ов, снижающие их полезность. Эти недостатки заключаются в том, что устанавливаемые в щеткодержатели разной полярности серийные щетки, а также щетки с различной микротвердостью, как правило, имеют близкие значения пористости щеточного материала, а измеренные методом ртутной

10 порометрии размеры пор имеют преимущественные (более 50%) радиусы 0,10,7 мкм. Характер пористости и размеры таких пор не обеспечивают достаточно стабильной и высокой коммути15рующей способности щеток и в эксплуатации наблюдаются значительные нарушения коммутации, приводящие к возникновению неравномерностей в окраске политуры, чередованию (как законо20мерному, так и незакономерному) областей политуры от более светлых оттенков до более темных, черных. Это приводит к резкому возрастанию эрозии щеток и коллектора в контактном слое, 25 ухудшению динамики работы щеточноколлекторного узла, особенно к концу межремонтного цикла. Уменьшение эрозии достигается путем введения в щетки пропиток, например фурилово30го спирта, но коммутирующие свойства узла при этом существенно ухудшаются. В случае использования щеточно коллекторных узлов с щетками, имеющими преобладающий размер пор более 0,7 мкм, существенно улучшается коммутирующая способность узла. Это объясняется многими причинами, основная из которых заключаеЛя в том, что энергия коммутационного процесса практически полностью затрачивается на ионизацию порового пространства материала щетки и в нем гасит;ся. Это является весьма положитеЛьным обстоятельством для работы .щеточно-коллекторного узла. Однако при значениях размеров,пор, превышанвдих радиусы порядка 3-5 мкм, резко снижается механическая прочность материала щеток и они подвергаются катастрофической эрозии за счет резкого уменьшения количества контактных точек между частицами щеточного материала. Таким образом, сажевые щетки с преимущественным содержани м пор радиусомО ,7-3,5 мкм облащают исключительно хорошими КОММУТИРУЮЩИми свойства. Однако преобладание крупных пор в щетке обуславливает тот факт, что в контакте с поверхнос тью KOiyieKTopa участвует значительно меньшее количество частиц щеточного материала по сравнению с мелкопорис тыми щетками, имеющими преобладающие рамеры радиусов пор 0,1-0,7 мкм, что влечет за собой резкое повышение действительной плотности тока в контактных точках. В результате этого контактные области коллектора и щето значительно перегреваются, происходи разрушение политуры коллектора, возрастает мощность электрических потерь в контакте (увеличивается коэффициент трения), так как в зоне кон7 такта образуются абразивно действующие на контактную поверхность коллектора и щеток продукты разрушенной поли туры. Это обстоятельство даже при хорошей коммутирующей способности щеток приводит к возрастанию эрози щеточно-коллекторного узла. Наличие приблизительно одинаковых размеров пор в hjeTKax для щеткодержателей раз личной полярности создает определенные трудности и неудобства при их устайовке, так как разнополярные щет ки CIразличной микротвердостью имеют приблизительно один и тот же внешний вид. серийно используемы щетки, содержащие в своем составе сажу и кокс имеют высокий уровень потерь на трение в контакте, значительно превышакэдий уровень чисто сажевых щеток. Целью изобретения является улучшение коммутирующей способности и уменьшение эрозии щеточно-коллекторного узла. Указанная цель достигается тем, что в щеткодержатели одной полярности установлены щетки, размер радиуса преобладающих пор которых в 1,13,5 раз превышает размер радиуса преобладакхцих пор щеток, установленных ,в щеткодержатели другой полярности. Формирование преобладающих размеров пор в щетках осуществляют за счет пропитки и путем варьирования гранулометрического состава и условий формования пресс-порошков, из которых изготавливают щетки, а регулирование контактных свойств производят за счет наличия, например, в крупнопористых щетках фосфорсодержащего олигомерного полиола (фосполиола) . Использование в составе одного щеточно-коллекторного узла разнополярно устанавливаемых щеток с содержанием пор различных размеров позволяет успешно реализовать их преимущества в процессе эксплуатации. При этом щетки с содержанием мелких пор обеспечивают снижение потерь на трение и, следовательно, тепловых потерь в контакте, а использование крупнопористых щеток существенно повышает коммутирующие свойства. Наличие в крупнопористых щетках фосполиола позволяет предохранить политуру коллектора от разрушения. Благоприятное сочетание щеток с различной пористостью, избирательно устанавливаемых в 1деткодержатели разной полярности, за счет регулирования мощности потерь на трение, коммутирующей способности и контактных свойств щеток позволяет резко уменьшить эрозию щеточно-коллекторного узла. При значениях отношения размеров крупных пор к размерам мелких пор, входящих за указанные пределы, работа щеточноколлекторного узла ухудшается. При меньших значениях возрастает эрозия за сче ухудшения коммутирующих свойств щеток, при больших - катастрофически увеличивается износ крупно-пористых щеток из-за резкого снижения их механической прочности. Предлагаемый щеточно-коллекторный узел подвергался испытаниям на стендах и, в эксплуатации. В таблице представлены результа.ты испытаний предлагаемого узла.

Как следует из представленных данных, в результате использования предлагаемого адеточно-коллекторного узла улучшаетЬя его коммутация, ширина зоны безыскровой работы увеличивается почти в 2 раза при работе контакта с нормируемой плотностью тока (ток якоря 700 А) , в 4 раза - при работе контакта с повышенной плотностью тока (ток якоря 900 А){уменьшается эрозия щеток в два раза, снижается эрозия коллектора на 10-20%) происходит стабилизация контактных свойств щеток, в ре|ультате чего становится равномерной и стабильной политура коллектора, улучшается его состояние, не требуется дополнительных затрат по обслуживанию щеточноколлекторного узла; исключается трудности и неудобства при установке щеток, так как щетки с разными размерами пор существенно отличаются по-вниинему виду.

Изобретение предназначено для использования на всех типах электрических машин, при этом наибольший

эффект может быть достигнут на тяговых генераторах тепловозов.

Формула изоДретения

Щеточно-коллекторный узел электрической машины, содержащей укреплена ные на траверсе щеткодержатели различной полярности, в каждом из которых установлена щетка, отличающийся тем, что с целью улучшения коммутирующих свойств и уменьшения эрозии, в щеткодержатели одной полярности установлены щетки, размер радиуса преобладающих пор которых Bi 1,1-35,0 раз превышает размер

радиуса преобладающих пор щеток, установленных в щеткодержатели другой полярности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 534818, кл. Н 01 R 39/04, 1976.